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2019 年度 実施状況報告書

次世代シーケンシングによる温暖化適応遺伝子のゲノム検索:遺伝的多様性予測への活用

研究課題

研究課題/領域番号 19K21996
研究機関愛媛大学

研究代表者

渡辺 幸三  愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 教授 (80634435)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
キーワードゲノム / 適応遺伝子 / 次世代シーケンシング / 遺伝的多様性 / 河川
研究実績の概要

研究期間の初年度となる本年度では,以下の通り研究を遂行した。
【研究項目1:環境選択性遺伝子のゲノムワイド検索】北海道から四国の国土スケールの気候勾配に沿った数多くの流域で,既存のデータベース等に基づいて,水温・流量・雨量・気温・水質の環境データが連続観測されている地点を選んだ。水生昆虫8種を対象に次世代シークエンサー(HiSeq)によるRAD(Restriction site Associated DNA)解析を行い,各個体のゲノムワイドのDNA配列データを取得した。この際,RAD-PCRプライマーに個体認識タグコードを付加して,同時並行で多個体のゲノム情報を一度に取得した。また,ゲノム情報を補完する情報として,同じ地点から採取した同じ水生昆虫種のRNAseq解析(トランスクリプト―ム解析)データも取得した。
【研究項目2:気候変動下の遺伝的多様性予測モデルの開発】各個体が採取された地点の環境変数(水温・流量等)を説明変数として,ゲノム中から環境選択性遺伝子を同定して,それらの遺伝子頻度を環境状態も基づいて予測する「適応進化モデル」を作成した。このモデルの作成には,従来の統計学的手法とは一線を画する機械学習(Random Forestによる決定木モデル)を使って,一般的な統計モデルが抱える入力データの統計分布の制約(例,正規性),説明変数間の独立性,欠損データへの脆弱性等を解決する新規的な手法を開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

【研究項目1:環境選択性遺伝子のゲノムワイド検索】と【研究項目2:気候変動下の遺伝的多様性予測モデルの開発】共に予定していたどおりの内容を進捗できた。

今後の研究の推進方策

ダウンスケーリングにより気候変動シナリオ化の河川環境の変化を予測し,それに基づいて遺伝的多様性を予測する解析を進める。

次年度使用額が生じた理由

遺伝子解析に必要な一部の消耗品の使用期限を考慮して,次年度に購入することにしたため。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Remarkable Anoxia Tolerance by Stoneflies from a Floodplain Aquifer2020

    • 著者名/発表者名
      Malison, R. L., B. K. Ellis, A. G. DelVecchia, H. N. Jacobson, B. K. Hand, G. Luikart, H. A. Woods, M. Gamboa, K. Watanabe, and J. A. Stanford
    • 雑誌名

      Ecology

      巻: 101 (10) ページ: e03127

    • DOI

      10.1002/ecy.3127

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Adaptive Divergence in Populations of the Stream Mayfly Ephemera strigata with Machine Learning2020

    • 著者名/発表者名
      Li, B., S. Yaegashi, T. M. Carvajal, M. Gamboa and K. Watanabe
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 10 (13) ページ: 6677-6687

    • DOI

      10.1002/ece3.6398

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Remarkable New Genus and Species of Nemourinae (Plecoptera, Nemouridae) from Sichuan, China, with Systematic Notes on the Related Genera2020

    • 著者名/発表者名
      Mo, R-R., M Gamboa, K. Watanabe, G-Q Wang, W-H Li, D Yang, D Mur?nyi
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 15(3) ページ: e0229120

    • DOI

      doi.org/10.1371/journal.pone.0229120

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A New Species of Protonemura Kempny, 1898 (Plecoptera: Nemouridae) from the Ishizuchi Range, Shikoku, Japan2020

    • 著者名/発表者名
      Mur?nyi, D., M. Gamboa, and K. Watanabe
    • 雑誌名

      Zootaxa

      巻: 4718 (1) ページ: 57?66

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.11646/zootaxa.4718.1.4

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Molecular Approaches to the Study of Freshwater Biodiversity: Genomic Adaptation and DNA Metabarcoding.2019

    • 著者名/発表者名
      Kozo Watanabe
    • 学会等名
      International Workshop of Water Quality Monitoring
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Landscape shape predicts enclosed genetic variation within the metapopulation of a species with varied dispersal2019

    • 著者名/発表者名
      Ming-Chih Chiu, Kozo Watanabe
    • 学会等名
      International Workshop of Water Quality Monitoring
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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